CURSO: El vehículo eléctrico, su infraestructura y los ... · Comparativos vehículos eléctricos...

Edwin Javier CuervoJunio 27 de 2017

CURSO: El vehículo eléctrico, su infraestructura y los retos de las

empresas distribuidoras.

Bloque #1. Tendencia mundial en el tema del Vehículo Eléctrico 08:30 a 10:00 a.m.

Bloque #2. Infraestructura necesaria para impulsar el mercado de vehículos eléctricos. 10:30 a 12:00 p.m.

Bloque #3. Impacto de los V.E en la infraestructura del sistema eléctrico actual. 01:30 a 03:00 p.m.

Bloque #4 Los cambios y retos que deberán afrontar las empresas eléctricas con la aparición del mercado de vehículos eléctricos. 03:30 a 05:00 p.m.

Agenda

Bloque #1. Tendencia mundial en el tema del Vehículo Eléctrico

Antecedentes.

Aumento en las emisiones de CO2

Incertidumbre en el abastecimiento del petróleo.

Incremento en el costo de los combustibles

Monopolio de países petroleros (Rusia, Irán, Arabia Saudí, Irak y Qatar).

Aumento en la población automotriz (5% anual).

Fortalecer y usar las energías renovables.

Integrarlos a Smart Grid.

Mitigar la contaminación del medio ambiente.

Reducción del ruido

Impulsores del Transporte Eléctrico

Tipos de Vehículos Eléctricos.

Características de los tipos de Vehículos eléctricos

Vehículo Híbrido en Serie

Vehículo Híbrido en Paralelo

Operación de los vehículos híbridos

Componentes del VE.

Eficiencia del Vehículo Eléctrico

Características dispositivos de almacenamiento de energía

Relación potencia peso en función de la relación potencia volumen de cada tipo de batería

Comparación de tipos de baterías

Tipo Tecnologías Actuales Ventajas Desventajas

Batería Química

Plomo acido- Menor costo que Li Ión- Vida útil de 2.000 ciclos

- Elevada temperatura- Baja Eficiencia

Li Ion- Alta densidad energía

potencia- Alto rendimiento

- Degradación con la edad- Sensibles a la temperatura

SúperCapacitores

La superficie es aumentada por el uso de materiales porosos o nano partículas, lo que aumenta la capacitancia

- Voltaje limitado

Volante de Inercia Giros de alta velocidad

- Funcionamiento sencillo- Alta potencia- Alta capacidad de

almacenamiento

- Efecto giroscópico- Aislamiento mecánico- Altas medidas de

seguridad

Sistemas de Almacenamiento de Energía Eléctrica

Utiliza la energía SC para desplazarse entre líneas del SD

Almacena la energía durante el frenado

Utiliza la energía SD y SC para acelerar

SD: Sistema de DistribuciónSC: Súper Capacitores

Aplicación de Súper Capacitores

Fuente: Bloomberg New Energy finance Fuente: Lux Research INC

Proyecciones de costo de baterías

Motos eléctricas

ModeloVel

(km/h)kWh/100km

Tiempo de

Carga (h)

Autonomía

(km)

E-bike LQ35-40

0,63 4-6 40

E-bike Pretty 1,12 6-8 60

Generalmente utilizan Baterías plomo acido

Precio competitivo vs combustión.

Baja Autonomía

Comparativos vehículos eléctricos

Marca Mitsubishi Renault Renault Nissan BYD BMW

Modelo i miev Kangoo Z.E Twizy Leaf EV E6 - 2016 I3

tipo de batería

Ion de litio Ion de litio Ion de Litio Ion de litioLitio / Fosfato

de HierroIon de litio

kWh Batería 16 22 6,1 24 80 22

Autonomíakm

150 80 - 120 50-80 140 400160

Carga lenta SAE J1772Tipo 2

MennekesConector Schuko

SAE J1772Tipo 2

MennekesTipo 2

Mennekes

Ejemplos de consumo – vehículo Eléctrico

140 km - 24 kWh

* Encuesta del recorrido medio anual de los vehículos en circulación en Costa Rica –CEPAL – 2009** Encuesta de consumo de energía en el sector residencial – Ministerio ambiente y energía - 2001

Consumo automóvil

Promedio anual* kWh-año kWh - mes

20.768 3.560 297

86.109 14.762 1230

Consumo promedio**

240 kWh-mes

Comparativos buses eléctricos

Marca Proterra BYD EBUS

Modelo CATALYST K9 EBUS 22

tipo de batería -Fosfato de

hierro y litio(LiFePO4 )

Fosfato de hierro y litio

(LiFePO4 )

kWh Batería 79 - 660 324 130

Autonomía (km)

80 - 120 250 200

Tipo de cargaJ1772-CCS

Overhead fast-charger

Cargador desde 60 kW

SAE J1772

Buses híbridos

Fuente: http://ebus.com/bus-type/http://www.byd.com/la/auto/es/ebus.html#specs

http://ebus.com/bus-type/

http://www.byd.com/la/auto/es/ebus.html#specs

Ejemplos de consumo – Bus Eléctrico

250 km - 324 kWh

* Encuesta del recorrido medio anual de los vehículos en circulación en Costa Rica –CEPAL – 2009** Encuesta de consumo de energía en el sector residencial – Ministerio ambiente y energía - 2001

Consumo Bus

Promedio anual* kWh-año kWh - mes

43.417 54.104 4509

Consumo promedio**

240 kWh-mes

Proyección de mercado VE

ICE + HEV: Internal Combustion Engine + Hybrid Electric VehicleBEV: Battery Electric VehiclePHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle

Fuente: Bloomberg New Energy finance

Iniciativas a nivel mundial

Plan MOVEA 2017 - España

Continuación de Plan PIMA Aire y elPlan MOVELE

subvenciona 5.500 euros a losparticulares por VE

1.000 euros adicionales en caso deinstalar EDC

Piloto Taxis eléctricos - Colombia.

Implementación de 50 taxis eléctricos en la ciudad de Bogotá

Bloque #2. Infraestructura necesaria para impulsar el mercado de vehículos eléctricos

Estaciones de carga - Electrolineras

Normativa relacionada – Estaciones de carga VE

• IEC 61851-1. Electric vehicle conductive charging system-Part 1: General requirements

• IEC 61851-21. Electric vehicle conductive charging system – Part 21: Electric vehiclerequirements for conductive connection to an ac/dc supply.

• IEC 61851-22. Electric vehicle conductive charging system – Part 22: AC electric vehiclecharging station.

• IEC 61851-23. Electric vehicle conductive charging system – Part 23: DC electric vehiclecharging station.

• IEC 62196-1: Plugs, socket-outlets, vehicle connectors and vehicle inlets - Conductivecharging of electric vehicles - Part 1: General requirements

< 250 V< 3.7 kW

Modo 1• Enchufe no dedicado• Para vehículos pequeños

Fuente imagen: http://electromovilidad.net/modos-de-recarga-del-vehiculo-electrico/

Modo 2

< 250 V< 3.7 kW

• Enchufe no dedicado• Dispositivo de protección


Modo 3

< 250 V< 7.4 kW

Conectores:• SAE J1772 (tipo 1)• Mennekes (Tipo 2)


Modo 4: Carga rápida.

< 480 V125 kW

Conectores:• CHAdeMO• CCS


Tipos de conectores AC

Conector Schuko

Conector Tipo 1 (SAE J1772)

Conector tipo 2 (Mennekes)

Nissan Leaf.Mitsubishi Outlander.Mitsubishi iMiev.KIA SOUL EV.

BMW i3 y BMW i8BYD E6.Renault ZoeRenault Kangoo ZE

Renault Kangoo

Tipos de conectores DC

CHadeMO CCS (COMBO)

• 10 pines (2 de Potencia, 7 de señal y 1 sin asignación).

• DC hasta 200A y 500V

• 110A hasta 50% capacidad batería, 44A hasta el 80%, y finaliza la recarga a 14A.

• 62.5 kW de potencia máxima.

• Tensiones de 200V-450V

• 80A para 36 kW o 200A para 90 kW

GE BOSCH eMotorWerksAerovironme

ntLeviton Circontrol

Tensión de entrada (V)

208-240 240 100 - 250 240 208 -240 230

Corriente (A) 30 12 - 30 40 40 40 32

Potencia (kW)

7,2 7,2 10 7,2 9,6 7,2

tipo de conector

SAE J1772 SAE J1772 SAE J1772 SAE J1772 SAE J1772SAE J1772Mennekes

Ejemplos de estaciones de carga A.C para V.E.

Ejemplos de estaciones de carga D.C para V.E.

• Voltaje 400 VAC• Potencia requerida 45 kVA • Factor >0,98 • Potencia entregada 22 kW• Frecuencia: 50/60 Hz

Fuente: http://circarlife.com/sites/default/files/products/pdf/Raption_Trio.pdf

• Voltaje 400 VAC• Potencia requerida 98 kVA • Factor >0,96• Potencia entregada 50 o 22 kW• Frecuencia: 50/60 Hz

Fuentehttps://library.e.abb.com/public/dc34300718f440cb8c238da96408db0d/4EVC204308-LFEN_Terra53C-CT-CJ-CJG.pdf

Estaciones de carga de V.E. Solares

Fuente: General electric

Grandes infraestructuras.

Vehículos lo permitan

Alquiler de baterías

Estación de cambio de baterías Better Place

Intercambio de baterías

Caracteristicas:

Input 380 VAC - 3 phases

Input Current 126A

Output power: 80 kWh

Max Output Current 300 A

Frequency 60 Hz

Charging Time 3hEstación de Carga del Bus eléctrico K9 - BYD

Cargador buses eléctricos

Fuente: http://www.byd.com/la/auto/es/ebus.html#specs

http://www.byd.com/la/auto/es/ebus.html#specs

Carga Rápida buses

Fuente: https://www.proterra.com/technology/chargers/http://www.abb.com/cawp/seitp202/79839e570a6765ddc1257edf00521b75.aspx

https://www.proterra.com/technology/chargers/

http://www.abb.com/cawp/seitp202/79839e570a6765ddc1257edf00521b75.aspx

Software gestión de las estaciones de Carga.

Fuente: http://greenlots.com/sky-network/

• Precios basados en: tiempo (horas / minutos) kWh sesión de carga

• Precios flexibles por horas del día o pordías de la semana.

• Gestión de usuarios y estaciones

• Políticas de uso (usos restringidos odescuentos)

• Cobro mensual – detalle consumo

Empresas

Software gestión de las estaciones de Carga.


• Directorio y mapeo de estaciones

• Notificaciones - recibir alertas si hay unproblema

• Ajuste de precio único por hora, por kWho por sesión.

• políticas de uso y precios son uniformesen todas las estaciones

Administrador estaciones

APP para los usuarios de los V.E.


Empresas de software de gestión

Has to be

http://www.openchargealliance.org

Protocolos de comunicación

OCPP: Open Charge Point Protocol

solución uniforme para el método decomunicación entre el punto de cargay el sistema central.

http://www.openchargealliance.org/

Bloque 3: Impacto de los V.E en la infraestructura del sistema eléctrico

actual.

Caso estudio Valle del Cauca - Colombia

Automóviles particulares Taxis

# Existentes 19.000 4.000

% VE 2020 20% 100%

# VE 2020 3.800 4.000

Fuente: Una Propuesta Metodológica para Dimensionar el Impacto de los Vehículos Eléctricos sobre la Red Eléctrica

Recorrido promedio diario: 35km

Potencia de recarga: 3.7kW

Ciudad intermedia de Colombia

Caso estudio Valle del Cauca - Colombia

# EDC en la ciudad # VE recargados X hora

32 2

EDC rápida proyectadas:

Energía necesaria de los vehículos eléctricos para el recorrido promediodiario:

Consumo promedio de los V.E

(kWh/km)

Recorrido diario promedio

(km)

Consumo para el recorrido

diario promedio (kWh)

0,2 35 7


Instante de recarga: Periodos 19, 20 y 21 de un día promedio.

3,7 kW 7,4 kW 50 kW Potencia total (kW)

28.742 - 1.600 30.342

Carga total de las líneas de 13,2 kV, teniendo en cuenta los vehículos eléctricos:

Carga promedio de la hora en

la ciudad, sin los V.E (kW)

Carga total de la red (kW)

22.054 52.396


Escenario de recarga extremo superior:

Potencia de recarga de los vehículos eléctricos en una hora:


Carga total V.E (kW) Carga total de la Red (kW)


Cargabilidad de los transformadores de distribución


Cargabilidad de las líneas de distribución de 13.2 kV



Diferentes escenarios de recarga

Periodos de tiempo

Cargabilidad de líneas 13.2 kV

Cargabilidad transformadores

distribución

Punta 19 al 21 mayor a 100% 44%

Valle 1 al 7 46% 38%

Nocturna 17 al 23 61% 44%

Corriente en el lado de baja de los transformadores

Tensión en el lado de baja de los transformadores.

Se conecta una EDC Rápida de 50 kW por cada transformador de 400 kVA

Impacto en la calidad de la energía de un circuito

674,3 Vpeak

(476,8 Vrms)

377,5 Apeak

(266,9 Arms)

Fundamental HD3 HD5 HD7 HD9 HD11 HD13 HD15 THDv

674,3 Vpeak (100%) 0,16 5,86 3,04 0,77 1,42 0,22 0,56 7,01


Norma IEEE 519/92

Distorsión armónica de tensión en el lado de baja de los transformadores de 400 kVA

Fundamental HD3 HD5 HD7 HD9 HD11 HD13 HD15 HD17 HD19 THDi

377,5 Apeak (100%) 2,11 35,18 26,52 4,37 7,14 4,7 4,39 3,50 2,15 45,76


Distorsión armónica de corriente en el lado de baja de los transformadores de 400 kVA:

Norma IEEE 519/92

Caso estudio - España

Fuente: http://www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/evaluacion_impacto_integracion_coche_eléctrico

Red de distribución analizada

zona costera del Mediterráneo español, aprox 400 km²

170.000

30.000 VE Año 2030

3 kW

Periodos de tiempoPunta 20 a 22Valle 4 a 6

Inteligente Controlado

http://www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/evaluacion_impacto_integracion_coche_eléctrico

Resultados caso estudio España

Fuente: http://www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/evaluacion_impacto_integracion_coche_eléctrico

Curva agregada a la demanda eléctricadiaria para 3 tipos de recarga

Incremento costos de inversión por lapenetración de los V.E

Baja Tensión Transformador Media Tensión

http://www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/evaluacion_impacto_integracion_coche_eléctrico

Vehículo a Red (V2G Vehicle to Grid)

Fuente: Review of Benefits and Challenges of Vehicle-to-GridTechnology

EEUU los Vehículos viajan sólo 4-5% del tiempo

V2G Retos

Evitar sobrecargar la red de distribución

Organizar todos los vehículos que se cargarán cuando sea necesario

Maximizar el uso de electricidad baja en carbono

Fuente: UK Electric Vehicles Programme: The challenges of V2G (Vehicle to Grid) operation

Vehículo a Red (V2G Vehicle to Grid)

Beneficios

Regulación de Voltaje y Frecuencia

Nivelación de Carga y Pico de Potencia (Cambio de Carga)

Soporte y equilibrio de la energía renovable (Solar – Eólica)

Barreras

Reducción de la vida útil de la batería y la capacidad de almacenamiento.

Uso intensivo de las TICs

cambios de infraestructura eléctrica

Conclusiones

Cargadores domésticos específicos (tipo 3).

California 1 vehículo = 1 casa adicional

Fuente: https://www.technologyreview.es/s/3729/son-los-coches-electricos-una-amenaza-para-la-red

Adquisición de vehículos es aleatoria por circuito

cargas lenta 110 voltios.Estaciones públicas de carga rápida

Tarifas especiales en cargas nocturnas fuera de las horas pico.

https://www.technologyreview.es/s/3729/son-los-coches-electricos-una-amenaza-para-la-red

Conclusiones

V2G Acelerador de la tecnología

Fuente: https://www.technologyreview.es/s/3729/son-los-coches-electricos-una-amenaza-para-la-red

EDC edificios de viviendas - copropiedades

la resistencia de los sectores del automóvil y del petróleo

https://www.technologyreview.es/s/3729/son-los-coches-electricos-una-amenaza-para-la-red

Bloque #4 Los cambios y retos que deberán afrontar las empresas eléctricas con la aparición del

mercado de vehículos eléctricos.

Dilema de la Movilidad eléctrica

Incentivos en Europa V.E.

Incentivos en Colombia V.E

Decreto 2909 de 2013, el cual autoriza a la importación de hasta 750 automóviles eléctricos

sin aranceles e híbridos conectables con un arancel del 5%.

Finalmente se importaron 700.

Gobierno

Compa-ñías

asegura-doras

Servicios periféricos

(Reciclaje de baterías)

Fabrica-ción de baterías

Fabricante de estaciones de carga con/sin

marca

Publicidad y otros servicios

Provee-dores de compo-nentes

Servicios de

Instala-ción

Servicios de

manteni-miento

Venta al por menor de estaciones de carga

Carga rápida DC-DC

Estacio-nes semi-públicas

Carga pública

Carga domés-

tica

Interfaz SmartGrid

Capacidad de Carga Inteligent

e

Capacidad de

factura-ción

Capacidad de

medición

Software de

Gestión de Red

Servicios periféricos (compra/

reemplazo de vehículos)

Acceso a

energía

Servicios periféricos (manteni-miento)

Servicios periféricos

(operación de vehículos)

Muni-cipios

Hospi-tales

Zonas de trabajo públicas

Administradores de

flotas

Gestión SmartGrid

Distribu-ción de energía

Gestión de facturación de consumo de energía

OEM (Fabricante original de equipos)

Fabrica-ción de

motores

Otros proveedo-

res de primer nivel

Información de

infraestructura de carga a

bordo

Información de

rendimiento y diagnóstico del vehículo

Portal móvil/web

y CRM

Herramien-tas para gestión

de flotas

Esfera de Infraestructurade carga Esfera de E.S.P

Esfera del Cliente

Esfera OEM

Administración de infraestructura física

Operador de red de la Estación de Carga

Redes de Estaciones de Carga

Cliente EV

Proveedor de Energía

Paquete de servicios relacionados

Actividades Clave

Actividades adicionales

Producto

Hardware

Software

Servicio

Una vez

Contrato periódico de servicios

Telemática/Manejode datos

Eco

sist

ema

de

carg

a d

e ve

híc

ulo

s el

éctr

ico

s

Escenarios futuros de negocio de vehículos eléctricos

Fuente: www.ey.com

MODELO DE NEGOCIO RIESGO UTILIDAD

1. Constructor

2. Operador/Instalador

3. Operador/Intermediario

4. GridMaster

5. Guardián

http://www.ey.com/

En este modelo de negocio, la empresa de energía crea la infraestructura física necesaria para realizar el proceso de carga de las baterías (Estaciones de carga).

No considera la operación de los VE ni la gestión eléctrica.

1. CONSTRUCTOR

Suministrar puntos de conexión (provisión del servicio).

Fabricante de estaciones de carga sin marca (“unbranded”).

Fabricante de estaciones de carga con marca propia.

Venta al por menor de estaciones de carga

Actividades involucradas:

1. CONSTRUCTOR

En este esquema de negocio la compañía instalaría y gestionaría elmanejo confiable de las estaciones de recarga.

2. INSTALADOR / OPERADOR

Venta al por menor de estaciones de carga, implica desarrollar el modelo «Constructor».

Instalación de estaciones de carga.

Mantenimiento y servicio de las estaciones de carga.


2. INSTALADOR / OPERADOR

Además de la instalación y mantenimiento de las estaciones de carga, en el modelo “operador/intermediario” se debe gestionar:

o El servicio de energíao Los costos asociados al servicioo La cantidad que debe ser facturada al cliente.

Una de las principales fortalezas de este modelo de negocio reside en sus capacidades de gestión y monitoreo de la energía, permite proponer otros negocios:

o Servicios de comunicación/información acerca de la ubicación de las estaciones de carga

o Agendar citas para realizar las recargaso Monitoreo de las variables técnicas del EV, etc.

3. OPERADOR / INTERMEDIARIO

o Diagnóstico del desempeño de los vehículos eléctricos para grandes flotas de EV.

o Información de infraestructura de recarga portable para conductores de EV.

o Portal para clientes móvil/web.

o Interfaz para SmartGrid.

o Carga inteligente.

o Capacidad de facturación.

o Capacidad de medición.

o Software de gestión de red de estaciones de carga.



Ademas de lo realizado en el modelo anterior, más allá del monitoreodel proceso de carga, el Gridmaster debe utilizar las baterías de loscarros parqueados como un recurso de almacenamiento de energía.

• Un Gridmaster debe ayudar a disminuir estos problemas haciendotoda la red más eficiente, utilizando las baterías de los carrosestacionados para, en primer lugar, almacenarla y luego, utilizarlapara ayudar a suavizar los picos en la curva de demanda.

4. GRID MASTER

4. GRID MASTER

pueden elegir entre ser propietarias de las estaciones de carga, comercializarlas, o tener socios para los esquemas de negocios mencionados en los modelos 1 a 4 y además contar con:

Herramientas para gestión de flotas de vehículos eléctricos.

Servicios de ingeniería.

Servicios adicionales: relacionados con los propietarios de los vehículos

eléctricos.

Servicios adicionales: relacionados con las baterías.

5. GUARDIÁN

5. GUARDIÁNo Abarca industrias diferentes como:

Fabricantes de vehículos

Telecomunicaciones

Empresas de software

Compañías aseguradoras

o Controlar el registro de operación del VE y el flujo de datos de su operación permitecombinar la utilidad de construir sistemas de control con el uso, por ejemplo, detarjetas para clientes fieles y el potencial de crear una especie de tienda online paralos vehículos eléctricos.

• El “guardián” tiene la oportunidad de personalizar el vehículo y el acceso a paquetes deenergía basados en los requerimientos de sus clientes (empresas o particulares).

5. GUARDIÁN

Edwin Javier Cuervo

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